CN110417170B - 一种带有主轴散热结构的高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有主轴散热结构的高速电机，涉及电机冷却领域。带有主轴散热结构的高速电机包括电机外壳、定子铁芯、转动安装在定子铁芯内部的主轴和转子，电机外壳与定子铁芯之间设有冷却套，定子铁芯与冷却套之间预留有供气体流通的换热通道，定子铁芯的外周壁上开设有气孔，气孔连通换热通道与定子铁芯的内部空间。气孔连通定子铁芯的内、外两侧的空间，使主轴以及转子发出的热量能经过气孔传递至定子铁芯的外部，避免了热量在定子铁芯的内部堆积，通过气体流动带动热量向外扩散，与冷却套的内壁充分接触换热，实现对主轴和转子的有效冷却散热，防止热量在主轴上堆积引起高温，保证了高速电机的工作精度和使用寿命。

Description

一种带有主轴散热结构的高速电机

技术领域

本发明涉及电机冷却技术领域，特别是涉及一种带有主轴散热结构的高速电机。

背景技术

电机是常见的动力装置，利用电能转化为机械能实现驱动的目的。随着高度加工技术的发展，高速主轴成为关键技术，主轴在高速转动过程中由于不可避免的摩擦会产生大量的热量，主轴高温发生热变形，影响加工精度。

通常采用冷却套对电机内部冷却，如授权公告号为CN207218462U、授权公告日为2018.04.10的中国实用新型专利公开了一种高速电机定子冷却结构，并具体公开了高速电机包括电机壳、定子组件和转子组件，在电机壳和定子组件之间设置有冷却水套，冷却水套由导热材料一体铸造而成，冷却水套设有冷却水流通的水道及设在水道两端的进水口和出水口，冷却水套套装在定子组件的外圆周上，电机壳设有进水管接头和出水管接头，进水管接头与进水口连接，出水管接头与出水口连接，以使得冷却水能够经进水管接头进入冷却水套的进水口，流经水道后，由出水管接头流出，以实现对电机壳和定子组件散热过程。

通过冷却水套中流通的冷却水对定子组件进行散热，但是，电机在高速运转过程中，主轴产生的大量热量受到定子组件的阻隔，不能与冷却水套进行有效换热，使得热量在主轴上堆积引起高温，影响电机的工作精度和使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种带有主轴散热结构的高速电机，以解决电机在高速运转过程中，大量热量在主轴上堆积引起高温，影响电机的工作精度和使用寿命的问题。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的技术方案为：

带有主轴散热结构的高速电机包括电机外壳、设置在电机外壳中的定子铁芯、转动安装在定子铁芯内部的主轴和转子，所述电机外壳与定子铁芯之间设有冷却套，所述定子铁芯与冷却套之间预留有供气体流通的换热通道，所述定子铁芯的外周壁上开设有气孔，所述气孔连通所述换热通道与定子铁芯的内部空间。

有益效果：气孔连通换热通道与定子铁芯的内部空间，通过气孔连通定子铁芯的内、外两侧的空间，使主轴以及转子发出的热量能经过气孔传递至定子铁芯的外部，避免了热量在定子铁芯的内部堆积，通过气体流动带动热量向外扩散，并与冷却套的内周壁充分接触换热，实现对主轴和转子的有效冷却散热，防止热量在主轴上堆积引起高温，保证了高速电机的工作精度和使用寿命。

进一步的，所述定子铁芯为内周壁开设有嵌线槽的圆筒结构，所述气孔布置于嵌线槽的底壁位置。

进一步的，为了防止气流扰动将杂质带入定子铁芯的内部，所述定子铁芯的外周壁上设有气孔保护盖，所述气孔保护盖间隔布置在气孔的外侧，且气孔保护盖与定子铁芯的外周壁之间预留有流通通道。

进一步的，为了使定子铁芯的内、外两侧的气体能够均匀地进行循环换热，所述气孔在定子铁芯的外周壁上周向间隔布置有多个。

进一步的，多个所述气孔绕定子铁芯的轴线呈环形布置，且沿定子铁芯的轴线方向间隔布置有至少两圈。

进一步的，为了使内部热气体能顺利流通至定子铁芯的外侧，加快了内部热气体的排出速度，同时，保证换热后的冷气体能够更顺畅地返回定子铁芯的内部，所述气孔包括第一气孔和第二气孔，所述第一气孔的延伸方向由内向外朝所述转子的转动方向倾斜，且第一气孔的延伸方向与所述转子的转动外轮廓相切；所述第二气孔的延伸方向由内向外朝所述转子的转动相反方向倾斜。

进一步的，为了进一步提高电机的冷却效果，所述电机外壳中流通有氟化液加湿的空气。

进一步的，为了能够加快气体流通速度，所述主轴的表面设有沿主轴轴线方向延伸的扰动结构。

进一步的，所述扰动结构为沿主轴轴线方向延伸的凹槽，所述凹槽在主轴的表面呈周向间隔布置。

进一步的，为了简化气孔的布置形成，所述气孔沿主轴的径向方向延伸布置。

附图说明

图1为本发明的带有主轴散热结构的高速电机的具体实施例1中高速电机的横剖示意图；

图2为图1中定子铁芯的横剖示意图；

图3为图2中显示出第一气孔的定子铁芯的侧视示意图；

图4为图2中显示出第二气孔的定子铁芯的侧视示意图；

图5为图1中主轴的主视示意图。

图中：1－电机外壳、2－定子铁芯、20－嵌线槽、22－气孔、23－气孔保护盖、3－主轴、30－凹槽、31－前轴承、32－后轴承、4－转子、5－冷却套、51－冷却液进口、52－冷却液出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的具体实施例1，如图1所示，带有主轴散热结构的高速电机包括电机外壳1、设置在电机外壳1中的定子组件、转动安装在定子组件内部的主轴3和转子4，电机外壳1中设有处于同一轴线位置的前轴承31和后轴承32，主轴3固定安装在前轴承31和后轴承32的内圈中。定子组件包括定子铁芯2和定子绕组，定子铁芯2为圆柱筒体结构，如图2至图4所示，定子铁芯2的内周壁上开设有多个沿轴线方向延伸的嵌线槽20，且嵌线槽20在定子铁芯2的内周壁上呈周向间隔并列布置，定子绕组(图中未示出)设于嵌线槽20中。

电机外壳1与定子铁芯2之间设有冷却套5，冷却套5为中空的筒体结构，冷却套5的中空部分形成环形流道，环形流道供冷却液流动将电机内部的热量带出。冷却套5贴合固定在电机外壳1的内壁上，在冷却套5的径向相对位置分别设有冷却液进口51和冷却液出口52，保证进入冷却套5中的冷却液在环形流道中进行充分换热之后排出，确保了冷却套5的散热冷却效率。

定子铁芯2位于冷却套5的内部，且定子铁芯2与冷却套5之间预留有供气体流通的换热通道，定子铁芯2的外周壁上开设有气孔22，气孔22布置于定子铁芯2的嵌线槽20的底壁上，通过气孔22连通定子铁芯2的内、外两侧的空间，气孔22连通换热通道与定子铁芯2的内部空间，使主轴3以及转子4发出的热量能经过气孔传递至定子铁芯2的外部，避免了热量在定子铁芯2的内部堆积，通过气体流动带动热量向外扩散，并与冷却套5的内周壁充分接触换热，实现对主轴3和转子4的有效冷却散热。

为了防止气流扰动将杂质带入定子铁芯2的内部，在定子铁芯2的外周壁上设有气孔保护盖23，且气孔保护盖23间隔布置在气孔22的外侧，气孔保护盖23与定子铁芯2的外周壁之间预留有流通通道。当定子铁芯2内部的热气体进入气孔22中，受到气孔保护盖23的阻挡作用，气流开始平行于定子铁芯2的外周壁的方向进入流通通道，随后流经定子铁芯2与冷却套5之间的换热通道，在换热通道中气体与冷却套5的内周壁接触实现冷却散热。相应的，由于部分气体从定子铁芯2的内部流出，在定子铁芯2的内、外两侧形成气体压强差，外侧气体会从其他气孔22进入定子铁芯2的内部，从而形成了热气体从定子铁芯2的内部流通至定子铁芯2与冷却套5之间的换热通道，气体经过冷却散热之后再返回定子铁芯2的内部，既实现了对主轴3和转子4的冷却，又使电机内部的气体得到循环流通，保证散热效率和效果。

为了使定子铁芯2的内、外两侧的气体能够均匀地进行循环换热，如图2所示，多个气孔22绕定子铁芯2的轴线呈环形布置，且气孔22在定子铁芯2的外周壁上沿轴线方向间隔布置有多圈。为了使定子铁芯2内部的气体能更顺畅地流出，气孔22包括第一气孔和第二气孔，其中，第一气孔的延伸方向由内向外朝转子4的转动方向倾斜，如图3所示，且第一气孔的延伸方向与转子4的转动外轮廓相切，在主轴3和转子4的转动扰动下，定子铁芯2内部的气体沿与转子4的外壁相切的切线方向运动，沿切线方向流动的内部气体经第一气孔时，在没有气孔壁的阻挡作用下，可顺利流通至定子铁芯2的外侧，加快了内部热气体的排出速度。

如图4所示，第二气孔的延伸方向由内向外朝转子4的转动相反方向倾斜，第二气孔的延伸方向与第一气孔的延伸方向呈交叉布置，设置第二气孔是为了避免内部气体直接向外流出，保证了经冷却散热之后的气体能够顺畅地返回定子铁芯2的内部，避免由内向外的热气体与由外向内的冷气体在同一个气孔22中发生冲突，保证气体能够进行有效的循环换热，如图2所示，其中虚线箭头表示气体流通方向。位于同一轴线位置的气孔22的延伸方向相一致，即同为第一气孔共同朝绕主轴3轴线的顺时针方向，或者同为第二气孔共同朝绕主轴3轴线的逆时针方向。第一气孔顺着转子4的转动方向由内而外倾斜延伸，保证了内部热气体能够顺畅地向外流出，而第二气孔逆着转子4的转动方向由内而外倾斜延伸，保证了换热后的冷气体能够更顺畅地返回定子铁芯2的内部。

如图5所示，在主轴3的表面设有沿主轴轴线方向延伸的扰动结构，扰动结构为沿主轴轴线方向延伸的凹槽30，凹槽30在主轴3的表面呈周向间隔布置。通过设置凹槽30使主轴3具有凹凸起伏的表面，当主动3转动时，位于主轴3表面附近的气体更容易被扰动，并随主轴3的转动而发生流动，内部气体的流通方向与沿转子4的外壁的切线方向相同，内部气体经过一部分气孔22流出，并在定子铁芯2与冷却套5之间的换热通道进行冷却散热，然后冷却后的冷气体经另一部分气孔22循环返回至定子铁芯2的内部，实现气体的持续冷却循环流通，防止热量在主轴3上堆积引起高温，保证了高速电机的工作精度和使用寿命。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的其他具体实施例，为了进一步提高电机的冷却效果，电机外壳中流体的气体不仅限于普通空气，也可为氟化液加湿的空气，氟化液加湿的空气具有更好的吸热性能，可实现对主轴和转子的快速冷却散热。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的其他具体实施例，为了简化结构，可将两种延伸方向呈交叉布置的气孔统一成沿主轴径向方向延伸，通过多个径向延伸的气孔也能够实现内部热气体向外流出，以及外侧冷却后的冷气体循环返回至定子铁芯的内部。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的其他具体实施例，为了简化定子铁芯的结构，可将设置在定子铁芯的外周壁上且间隔布置在气孔外侧的气孔保护罩省去，使经气孔流出的热空气可直接进入定子铁芯与冷却套之间的换热通道，与冷却套的内壁接触进行快速换热。

本发明的带有主轴散热结构的高速电机的其他具体实施例，为了适应不同的使用需要，主轴上的扰动结构不仅限于凹槽，扰动结构也可为间隔布置在主轴表面的凹陷或者凸起，同样能使主轴具有凹凸起伏的表面，进而起到扰动气体的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有主轴散热结构的高速电机，包括电机外壳、设置在电机外壳中的定子铁芯、转动安装在定子铁芯内部的主轴和转子，其特征是，所述电机外壳与定子铁芯之间设有冷却套，所述定子铁芯与冷却套之间预留有供气体流通的换热通道，所述定子铁芯的外周壁上开设有气孔，所述气孔连通所述换热通道与定子铁芯的内部空间；

所述定子铁芯为内周壁开设有嵌线槽的圆筒结构，所述气孔布置于嵌线槽的底壁位置；

所述气孔包括第一气孔和第二气孔，所述第一气孔的延伸方向由内向外朝所述转子的转动方向倾斜，且第一气孔的延伸方向与所述转子的转动外轮廓相切；所述第二气孔的延伸方向由内向外朝所述转子的转动相反方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，所述定子铁芯的外周壁上设有气孔保护盖，所述气孔保护盖间隔布置在气孔的外侧，且气孔保护盖与定子铁芯的外周壁之间预留有流通通道。

3.根据权利要求1所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，所述气孔在定子铁芯的外周壁上周向间隔布置有多个。

4.根据权利要求3所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，多个所述气孔绕定子铁芯的轴线呈环形布置，且沿定子铁芯的轴线方向间隔布置有至少两圈。

5.根据权利要求1所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，所述电机外壳中流通有氟化液加湿的空气。

6.根据权利要求1所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，所述主轴的表面设有沿主轴轴线方向延伸的扰动结构。

7.根据权利要求6所述的带有主轴散热结构的高速电机，其特征是，所述扰动结构为沿主轴轴线方向延伸的凹槽，所述凹槽在主轴的表面呈周向间隔布置。